Wannier interpolation of the electron-phonon matrix elements in polar semiconductors: Polar-optical coupling in GaAs

We generalize the Wannier interpolation of the electron-phonon matrix elements to the case of polar-optical coupling in polar semiconductors. We verify our methodological developments against experiments, by calculating the widths of the electronic bands due to electron-phonon scattering in GaAs, the prototype polar semiconductor. The calculated widths are then used to estimate the broadenings of excitons at critical points in GaAs and the electron-phonon relaxation times of hot electrons. Our findings are in good agreement with available experimental data. Finally, we demonstrate that while the Fr\"ohlich interaction is the dominant scattering process for electrons/holes close to the valley minima, in agreement with low-field transport results, at higher energies, the intervalley scattering dominates the relaxation dynamics of hot electrons or holes. The capability of interpolating the polar-optical coupling opens new perspectives in the calculation of optical absorption and transport properties in semiconductors and thermoelectrics.Comment: To appear on Phys. Rev.

Juvenile Idiopathic Arthritis Subtype- and Sex-specific Associations with Genetic Variants in the PSMA6/PSMC6/PSMA3 Gene Cluster

BackgroundThe ubiquitin proteasome system plays an exceptional biological role in the antigen processing and immune response and it could potentially be involved in pathogenesis of many immunity-related diseases, including juvenile idiopathic arthritis (JIA).MethodsThe PSMB5 (rs11543947), PSMA6 (rs2277460, rs1048990), PSMC6 (rs2295826, rs2295827), and PSMA3 (rs2348071) proteasomal genes were genotyped on JIA subtype- and sex-specific association; plasma proteasome levels was measured in patients having risk and protective four-locus genotypes and eventual functional significance of allele substitutions was evaluated in silico.ResultsLoci rs11543947 and rs1048990 were identified as disease neutral and other loci as disease susceptible (p < 0.05). The rs2277460, rs2295826, and rs2295827 loci had the strongest association with oligoarthritis [odds ratio (OR) = 2.024, 95% confidence interval (CI) 1.101–3.722; OR = 2.371, 95% CI 1.390–4.044; OR = 2.183, 95% CI 1.272–2.737, respectively), but the rs2348071 locus was associated with polyarthritis in females (OR = 3.438, 95% CI 1.626–7.265). A strong (p < 0.001) association was detected between the rs2277460/rs2295826/rs2295827/rs2348071 four-locus genotypes and the healthy phenotype when all loci were homozygous on common alleles (OR 0.439, 95% CI 0.283–0.681) and with the disease phenotype when the rs2348071 and the rs2295826 and/or rs2295827 loci were represented by risk genotypes simultaneously (OR 4.674, 95% CI 2.096–10.425). Rarely observed in controls, the double rs2277460/rs2348071 heterozygotes were rather frequent in affected males and more strongly associated with polyarthritis (p < 0.05). Haplotypes carrying the rare rs2295826/rs2295827 and rs2277460 alleles showed a strong (p < 0.001) association with oligo- and polyarthritis, respectively. The plasma proteasome level was found to be significantly higher in females having four-locus risk genotypes compared with protective genotypes (p < 0.001). Sequence affinity to transcription factors and similarity to splicing signals, microRNAs and/or hairpin precursors potentially depend on allele substitutions in disease susceptible loci.ConclusionWe demonstrate for the first time evidence of a sex-specific association of PSMA6/PSMC6/PSMA3 genetic variants with subtypes of JIA and plasma proteasome concentrations. Theoretical models of the functional significance of allele substitutions are discussed

Structural and functional significance of microsatellites

Here we review literature data on impact of microsatellite repeats on DNA and chromatin structure and the results of studies on association between the length of microsatellite repeats and predisposition to pathologies. The DNA secondary structure is modified in microsatellite sites, the repeats favor formation of Z-DNA, hairpins, triplexes and quadruplexes. The chromatin structure and chromatin loop organization are also modified in microsatellite sites. The data of association studies are classified according to the localization of the microsatellite: in the gene promoter, in exon 1 part coding the signal sequence, in the gene introns, coding areas and 3’-UTRs.Огляд узагальнює дані літератури про вплив мікросателітних повторів на структуру ДНК і хроматину та результати досліджень щодо зв'язку між довжиною мікросателітних повторів і схильныстю до патологій. У мікросателітних сайтах змінюється вторинна структура ДНК, загальна структура і організація петлі хроматину; повтори сприяють утворенню Z-ДНК, шпильок, триплексів і квадруплексов. Дані досліджень по асоціаціям класифікують по локалізації мікросателітів: у промоторі гена, в області першого екзона, що кодує сигнальну послідовність, в інтронній т частини, та в кодуючий в 3'-UTR ділянках гена.Обзор обобщает данные литературы о влиянии микросателлитных повторов на ДНК и структуру хроматина и положительные результаты исследований связи между длиной микросателлитных повторов и предрасположенности к патологиям. В микросателлитных сайтах изменяется вторичная структура ДНК, общая структура и организация петли хроматина; повторы способствуют образованию Z-ДНК, шпилек, триплексов и квадруплексов. Данные исследований по ассоциациям классифицируются по локализации микросателлитов: в промоторе гена, в области первого экзона кодирующей сигнальную последовательность, в интронной части, в кодирующих и в 3'-UTR областях гена

Development-dependent changes in the tight DNA-protein complexes of barley on chromosome and gene level

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The tightly bound to DNA proteins (TBPs) is a protein group that remains attached to DNA with covalent or non-covalent bonds after its deproteinisation. The functional role of this group is as yet not completely understood. The main goal of this study was to evaluate tissue specific changes in the TBP distribution in barley genes and chromosomes in different phases of shoot and seed development. We have: 1. investigated the TBP distribution along <it>Amy32b </it>and <it>Bmy1 </it>genes encoding low pI α-amylase A and endosperm specific β-amylase correspondingly using oligonucleotide DNA arrays; 2. characterized the polypeptide spectrum of TBP and proteins with affinity to TBP-associated DNA; 3. localized the distribution of DNA complexes with TBP (TBP-DNA) on barley 1H and 7H chromosomes using mapped markers; 4. compared the chromosomal distribution of TBP-DNA complexes to the distribution of the nuclear matrix attachment sites.</p> <p>Results</p> <p>In the <it>Amy32b </it>gene transition from watery ripe to the milky ripeness stage of seed development was followed by the decrease of TBP binding along the whole gene, especially in the promoter region and intron II. Expression of the <it>Bmy1 </it>gene coupled to ripening was followed by release of the exon III and intron III sequences from complexes with TBPs. Marker analysis revealed changes in the association of chromosome 1H and 7H sites with TBPs between first leaf and coleoptile and at Zadoks 07 and Zadoks 10 stages of barley shoot development. Tight DNA-protein complexes of the nuclear matrix and those detected by NPC-chromatography were revealed as also involved in tissue- and development-dependent transitions, however, in sites different from TBP-DNA interactions. The spectrum of TBPs appeared to be organ and developmental-stage specific. Development of the first leaf and root system (from Zadoks 07 to Zadoks 10 stage) was shown as followed by a drastic increase in the TBP number in contrast to coleoptile, where the TBPs spectrum became poor during senescence. It was demonstrated that a nuclear protein of low molecular weight similar to the described TBPs possessed a high affinity to the DNA involved in TBP-DNA complexes.</p> <p>Conclusion</p> <p>Plant development is followed by redistribution of TBP along individual genes and chromosomes.</p

Study of association between polymorphisms in the PSMB5 (rs11543947) and PSMA3 (rs2348071) genes and multiple sclerosis in Latvians

Functional realization of many signalling proteins and transcription factors implicated in the development and progression of multiple sclerosis is mediated by proteasomes. Aim of this case-control study was to evaluate genetic variations in the PSMB5 and PSMA3 genes encoding proteasomal subunits on the susceptibility to multiple sclerosis in Latvians. Methods. The rs11543947 (PSMB5) and rs2348071 (PSMA3) loci were genotyped in 291 multiple sclerosis patients and 305 healthy individuals and analysed general, subtype and sex-specific associations with the disease. Results. Loci rs11543947 and rs2348071 were identified as disease neutral and susceptible respectively. The rs2348071 heterozygous genotype GA showed strong main effect (P &lt; 0.001; OR = 1.891, 95 % CI [1.360&ndash;2.628]), and moderate (P &lt; 0.01; OR = 1.663, 95 % CI [1.152&ndash; 2.402]) and strong (P &lt; 0.001; OR = 2.459, 95 % CI [1.534&ndash;3.943]) association with relapsing-remitting and secondary progressive phases of disease respectively. No genotype-sex interaction associated with multiple sclerosis has been detected. Conclusions. Our results suggest susceptibility of the rs2348071 heterozygous genotype to multiple sclerosis in Latvians.Протеасоми опосередковують виконання функцій багатьох сигнальних білків і факторів транскрипції, залучених до розвитку розсіяного склерозу. Мета. Оцінити можливу асоціацію генетичних варіантів генів PSMB5 і PSMA3 зі схильністю до захворювання на розсіяний склероз з-поміж жителів Латвії. Meтоди. Локуси rs11543947 (PSMB5) і rs2348071 (PSMA3) генотипували у 291 хворого на розсіяний склероз та у 305 здорових індивідів і оцінювали за асоціацією із захворюваністю на розсіяний склероз як такий, із підтипами хвороби і пов’язаною зі статтю асоціацією. Результати. Локус rs11543947виявився не пов’язаним з хворобою, а локус rs2348071 &ndash; асоційованим з нею. Гетерозиготний генотип ГА локуса rs2348071 тісно асоційований із захворюванням як таким (P &lt; 0,001; співвідношення шансів (СШ) = 1,891; 95 % ДІ [1.360–2.628]), помірно асоційований (P &lt; 0,01; СШ = 1,663; 95 % ДІ [1,152–2,402]) з ремітуючо-рецидивуючою формою захворювання та сильно (P &lt; 0,001; СШ = 2,459; 95 % ДІ [1,534–3,943]) &ndash; зі вторинно прогресуючою формою. Пов’язаної з хворобою взаємодії між статтю і генотипом суб’єкта не відмічено. Висновки. Наші результати вказують на те, що жителі Латвії з гетерозиготним генотипом rs2348071 схильні до захворювання на розсіяний склероз.Протеасомы опосредуют выполнение функций многих сигнальных белков и факторов транскрипции, вовлеченных в развитие рассеянного склероза. Цель. Оценить возможную ассоциацию генетических вариантов генов PSMB5 и PSMA3 с подверженностью заболеванию рассеянным склерозом среди жителей Латвии. Meтоды. Локусы rs11543947 (PSMB5) и rs2348071 (PSMA3) генотипировали у 291 больного рассеянным склерозом и у 305 здоровых индивидов и оценивали по ассоциации с заболеваемостью рассеянным склерозом как таковым, подтипами болезни и связанной с полом ассоциации. Результаты. Локус rs11543947 оказался не связанным с болезнью, а локус rs2348071 &ndash; ассоциированным с заболеванием. Гетерозиготный генотип ГА локуса rs2348071 тесно ассоциирован с заболеванием как таковым (P &lt; 0,001; отношение шансов (ОШ) = 1,891, 95 % ДИ [1.360&ndash;2.628]), умеренно (P &lt; 0,01; ОШ = 1,663, 95 % ДИ [1,152&ndash;2,402]) &ndash; с ремиттирующе-рецидивирующей формой заболевания и сильно (P &lt; 0,001; ОШ = 2,459, 95 % ДИ [1,534–3,943]) &ndash; со вторично прогрессирущей формой. Связанного с болезнью взаимодействия между полом и генотипом субъекта не отмечено. Выводы. Наши результаты указывают на подверженность жителей Латвии с гетерозиготным генотипом rs2348071 заболеваемости рассеянным склерозом

Experimental and human population studies of DNA lesions in healthy individuals

DNA damage is a valuable biomarker in human molecular epidemiology being associated with many diseases. However, the level of DNA damage is influenced also by intrinsic features of healthy individuals: heredity, sex, age and body type. This review summarizes data on DNA breakage level in healthy humans depending on their characteristics and compares these data with experimental studies and observations on animals. Several strains of laboratory animals manifest an increased level of DNA breaks. In humans, some gene polymorphisms are associated with an increased level of DNA damage; however it is believed that environmental factors are more important. In animals, a higher level of DNA breakage is usually detected in males. In humans, data on the role of gender are contradictory and depend on origin. Experimental models provide evidence of increased levels of single- and double-strand breaks in obese animals. Although human studies are less convincing, an increase of double-strand breaks appears to be a more reproducible feature of DNA of overweight persons. Data on single-strand DNA breaks in aged persons are contradictory, but double strand breaks evidently increase with age.Пошкодження ДНК є інформативним біомаркером для молекулярної епідеміології, так як вони пов'язані з багатьма захворюваннями людини. У той же час рівень пошкоджень ДНК може залежати від внутрішніх властивостей притаманних здоровим людям: спадковості, статі, віку і статури. Метою даного огляду є узагальнення даних щодо розривів ДНК у здорових людей в залежності від їхніх характеристик у порівняння з даними експериментів і спостережень за тваринами. У лабораторних тварин кількох ліній спостерігають підвищений рівень розривів ДНК, у людини - кілька генних поліморфізмів асоційовані з підвищеним рівнем розривів, але вважається, що визначальними є зовнішні фактори. У самців тварин ДНК пошкоджена сильніше, ніж у самиць, дані по людині суперечливі і залежать від раси. Експериментальні моделі показують підвищений рівень одно- і дволанцюгових розривів ДНК при ожирінні. Дані досліджень на людині менш переконливі, краще відтворюються дані щодо підвищеного рівеня дволанцюгових розривів ДНК у людей із зайвою вагою. По одноланцюгових розривах ДНК при старінні дані суперечливі, переконливо показано зростання дволанцюгових розривів ДНК з віком.Повреждения ДНК являются информативным биомаркером для молекулярной эпидемиологии, так как они связа-ны со многими заболеваниями человека. В то же время уровень повреждений ДНК может зависеть от внутренних свойств, присущих здоровым людям, от наследственности, пола, возраста и телосложения. Целью данного обзора будет обобщение данных о разрывах ДНК у здоровых людей в зависимости от их характеристик и сравнение с данными экспериментов и наблюдений на животных. У лабораторныз животных нескольких линий наблюдают повышенный уровень разрывов ДНК, у людей несколько генных полиморфизмов ассоциированы с повышенным уровнем разрывов, но считается, что определяющими являются внешние факторы. У самцов животных ДНК по-вреждена сильнее, чем у самок, данные по людям противоречивы и зависят от расы. Экспериментальные модели указывают на повышеннй уровень одно- и двунитевых разрывов ДНК при ожирении. Данные исследований на людях менее убедительны, лучше воспроизволдятся данные, указывающие на повышенный уровень двунитевых разрывов ДНК у людей с лишним весом. Данные по однонитевым разрывам ДНК при старении противоречивы, убедительно показано нарастание двунитевых разрывов ДНК с возрастом

Tightly-bound to DNA proteins in rat experimental hepatomas and normal liver cells

Proteins tightly bound to DNA (TBP) comprise a group of proteins that remain bound to DNA even after harsh deproteinization procedures. The amount of these proteins is 20–100 µg for mg of DNA depending on eukaryotic source. This experimental paper examines the possibility to use some TBP for clinical biomarker discovery, e.g. for identification of prognostic and diagnostic cancer markers. The main aim of this study was to designate differences between tightly DNA binding protein patterns extracted from rat liver and rat experimental hepatomas (Zajdela ascites hepatoma and hepatoma G-27) and to evaluate possibility that some of these proteins may be used as biomarkers for cell cancer transformation. Methods: We used proteomics aproach as a tool for comparison of pattern of TBP from rat experimental hepatomas and normal liver cells. Combination of 2DE fractionation with mass spectrometry (MALDI TOF-MS) suitable for parallel profiling of complex TBP mixtures. Results: Intriguingly 2DE protein maps of TBP from rat liver and rat experimental hepatomas (Zajdela acites hepatoma and hepatoma G-27) were quite different. We identified 9 proteins, some of them shared in all TBP patterns. Among identified tightly bound to DNA proteins there were three proteins considered as nuclear matrix proteins (lamin B1, scaffold attachment factor B1, heterogeneous nuclear ribonucleoprotein). Also we identified DNA repair protein RAD50, coiled-coil domain-containing protein 41, structural maintenance of chromosomes protein1A and some ATP –dependent RNA helicases indicating that TBP are of interest with respect to their potential involvement in the topological organization and/or function of genomic DNA. Conclusions: We suppose that proteomic approach for TBP identification may be promising in development of biomarkers, also obtained results may be valuable for further understanding TBP functions in genome

Genetic variants in the PSMA6, PSMC6 and PSMA3 genes associated with childhood asthma in Latvian and Taiwanese populations

Proteasomes mediate functional realization of signaling proteins implicated in asthma pathogenesis. Aim. To evaluate main and sex-specific association between the PSMA6, PSMC6 and PSMA3 proteasomal genes variations and childhood asthma in Latvians and Taiwanese. Methods. SNPs rs2277460, rs1048990, rs2295826, rs2295827 and rs2348071 were genotyped in 102 Latvian and 159 Taiwanese cases for comparison with genetic diversity in populations (191 and 1097 subjects respectively). Results. Haplotype CGACG showed strong (P &lt; 0.0001) association with asthma risk in both populations. All loci heterozygous genotypes and haplotype CCGTA were identified as asthma risk factors in Latvians; rs1048990 and rs2348071 GG homozygotes and rs2295826 and rs2295827 heterozygotes showed asthma risk and protective effect in Taiwanese females respectively. The multi locus genotypes homozygous for alleles being common in Latvian population were identified as protective in Latvians and disease susceptible in Taiwanese. Conclusions. Our results suggest an association of the 14q13-23 proteasomal genes polymorphisms with the childhood asthma in Latvians and Taiwanese and high-light risk and/or protective factors being the same or different between the populations.Протеасоми опосередковують реалізацію функцій сигнальних білків, залучених до патогенезу бронхіальної астми. Мета. Оцінити загальну і залежну від статі асоціацію варіацій протеасомних генів PSMA6, PSMC6 і PSMA3 з бронхіальною астмою у дітей із Латвії і Тайваня. Mетоди. Однонуклеотидні поліморфізми rs2277460, rs1048990, rs2295826, rs2295827 і rs2348071 генотиповано у 102 хворих з Латвії і 159 &ndash; з Тайваня. Для порівняння взято контрольні групи, які представляють генетичне різноманіття в популяціях: 191 латвійських і 1097 тайваньських зразків. Результати. Гаплотип CGACG виявився тісно (P &lt; 0.0001) асоційованим з ризиком розвитку астми в обох популяціях. Гетерозиготні генотипи за всіма локусами і гаплотип CCGTA ідентифіковано як фактор ризику для розвитку астми у жителів Латвії. Гомозиготи GG по rs1048990 і rs2348071 пов’язані з ризиком, а гетерозиготи по rs2295826 і rs2295827 проявляють захисний ефект з-поміж тайваньських жінок. Багатолокусні генотипи, гомозиготні за розповсюдженими в Латвії алелями, виявилися захисними для жителів Латвії, але пов’язаними з ризиком захворювання серед тайваньців. Висновки. Наші результати вказують на асоціацію поліморфізмів протеасомних генів локусу 14q13-23 з бронхіальною астмою серед дітей у латвійській і тайваньській популяціях, асоціація може бути пов’язана як з ризиком захворювання, так і з захисним ефектом. За даною ознакою популяції можуть різнитися або не різнитися.Протеасомы опосредуют реализацию функций сигнальных белков, вовлеченных в патогенез бронхиальной астмы. Цель. Оценить общую и зависимую от пола ассоциацию вариаций протеасомных генов PSMA6, PSMC6 и PSMA3 с бронхиальной астмой у детей из Латвии и Тайваня. Mетоды. Однонуклеотидные полиморфизмы rs2277460, rs1048990, rs2295826, rs2295827 и rs2348071 генотипированы у 102 больных из Латвии и 159 &ndash; из Тайваня. Для сравнения взяты контрольные группы, представляющие генетическое разнообразие в популяциях: 191 латвийских и 1097 тайваньских образцов. Результаты. Гаплотип CGACG оказался тесно (P < 0.0001) ассоциированным с риском развития астмы в обеих популяциях. Гетерозиготные генотипы по всем локусам и гаплотип CCGTA идентифицированы как фактор риска для развития астмы у жителей Латвии. Гомозиготы GG по rs1048990 и rs2348071 связаны с риском, а гетерозиготы по rs2295826 и rs2295827 проявляют защитный эффект среди тайваньских женщин. Многолокусные генотипы, гомозиготные по распространенным в Латвии аллелям, оказались защитными для жителей Латвии, но связанными с риском заболевания среди тайваньцев. Выводы. Наши результаты указывают на ассоциацию полиморфизмов протеасомных генов локуса 14q13-23 с бронхиальной астмой среди детей в латвийской и тайваньской популяциях, ассоциация может быть связана как с риском заболевания, так и с защитным эффектом. По данному признаку популяции могут отличаться или не отличаться